雷达原理详解：从基本概念到实际应用
雷达原理详解：从基本概念到实际应用
雷达（radar）是无线电探测和测距的缩写，通过发射射频信号并接收目标反射的回波信号，可以获取目标的距离、方位、速度和形状等信息。本文将详细介绍雷达的基本原理、组成、参数测量、工作频率、应用以及电子战相关内容。
一、雷达的基本概念
雷达发射机产生射频信号，经雷达发射天线辐射到空间，当电磁波遇到目标发生反射，回波信号经雷达接收天线，到达接收机，经接收机处理后，送给信号处理机进行处理，获得目标参数：距离、方位、速度和形状等。
雷达的主要任务包括：
- 早期：测距
- 现代：测距、测角度、测速度、测形状
二、雷达组成
雷达系统主要包括以下组成部分：
- 天线：将射频信号辐射到空间，接收回波信号。
- 发射机：产生雷达信号。雷达发射的信号一般可分为连续波信号和脉冲信号。
- 连续波信号：正弦与余弦信号，只是初始相位差90度。
- 脉冲信号：
- 发射信号（主波）：
- 回波信号：
- 接收机：接收回波信号，并进行处理。一般会经历“射频->中频->视频”的处理过程。
- 混频处理：根据奈奎斯特采样定理，直接在射频上进行采样成本很高，因此需要对射频信号进行混频处理，变到中频。
- 视频信号：中频信号经过包络检波处理得到。
信号处理机：对模拟信号进行采样，根据奈奎斯特采样定理，采样频率需要大于信号频率的两倍。
终端显示设备：将雷达探测到的目标信息，以可视化的方式显示到屏幕上。
伺服系统和同步设备：
- 伺服系统：控制天线转动，使天线指向不同角度，以探测不同方位的目标。
- 同步设备：雷达的频率和时间标准。产生各种频率振荡；提供统一的时钟。
三、目标参数测量
距离测量：脉冲信号测距公式为2R=c*tr，其中tr表示主波和回波之间的时间差。
角度测量：雷达测角的物理基础是电磁波直线传播和雷达天线的方向性。天线方向图描述了天线在不同方向上的增益情况。
主瓣的宽度称为波束宽度，定义为主瓣功率下降到波束中央1/2功率处的宽度，也称为3dB波束宽度。速度测量：利用多普勒效应，通过测量回波信号的频率变化来计算目标的径向速度。
对于线性调频信号：目标形状测量：通过合成孔径雷达（SAR）和逆合成孔径雷达（ISAR）实现目标成像。
四、基本雷达方程
基本雷达方程描述了雷达探测目标的能力，公式如下：
当Pr ≥ Simin时，雷达可以探测到目标。其中：
- Pt：雷达发射机发射信号的功率
- Gt：发射天线增益
- Gr：接收天线增益
- σ：目标雷达截面积
- R：目标距离
- Simin：接收机灵敏度
五、雷达的工作频率
常用的工作频段范围为220M~35GHz（射频），具体包括：
- L波段：波长22cm，范围为20~25cm
- S波段：波长10cm
- C波段：波长5cm
- X波段：波长3cm，频率为10GHz
- ku波段：波长2.2cm
- ka波段：波长8mm
六、雷达的应用
雷达广泛应用于军事和民用领域：
- 军用：预警雷达、警戒雷达、引导指挥雷达、火控雷达、战场监视雷达、测高雷达、近炸引信、末制导雷达
- 民用：气象雷达、航管雷达、遥感雷达等
按雷达信号形式分类：
- 连续波雷达
- 脉冲雷达
- 脉冲压缩雷达
- 多普勒雷达
- 频率捷变雷达
七、电子战与雷达
电子战（EW）包括电子对抗（ECM）和电子反对抗（ECCM）。雷达的抗干扰措施主要包括：
- 与天线有关的抗干扰技术：旁瓣相消、旁瓣匿影
- 与发射机有关的抗干扰技术：发射信号功率、发射信号的变化
- 与接收机有关的抗干扰技术：PC
- 反隐身：多基地雷达
本文内容转自知乎专栏：https://www.zhihu.com/column/c_1249842810234593280